V5 Thema 4 DNA B5 Genexpressie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Thema 4 DNA

B5

Genexpressie

Leerdoelen

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij prokaryoten

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij eukaryoten

• Je kunt beschrijven wat het belang is van genexpressie voor zelfregulatie en zelforganisatie van een organisme

Begrippen B5 Genexpressie

• Genregulatie
  
• Genexpressie
  
• Structuurgenen
  
• Regulatorgenen
  
• Stamcellen: omnipotent, pluripotent, multipotent
  
• Apoptose
  
• Genregulatie volwassen eukaryoot: activator, repressor, histonbinding, DNA-methylering, RNA-processing (splicing), RNA-interferentie
  
• Epigenetica

genregulatie / genexpressie

Genregulatie

het aan- en uitzetten van een gen

Genexpressie

de informatie van het DNA wordt overgeschreven tot RNA, waarvan de code door translatie kan worden omgezet tot een eiwit

doel van genregulatie

* variatie in intensiteit van genexpressie (tot uiting komen)

- enzymen nodig voor basisfunctie cel                    altijd expressie
- enzymen voor specifieke functie cel             niet altijd expressie

* voorkomen van verspilling grondstoffen en energie

OPERON: 

- stuk DNA waarin regulatorgen, promotor en structuurgenen liggen 

- alle genen die vorming van eiwit reguleren 

- alleen bij prokaryoten

REPRESSIE:

- structuurgenen z, y, a

- geen lactose, geen transcriptie

- repressor blokkeert operator

- RNA polymerase geblokkeerd

- regulatorgen codeert voor repressor

OPHEFFING REPRESSIE:

- inductor lactose bindt repressor

- repressor kan operator niet meer blokkeren

- RNA polymerase leest structuurgenen z, y, a

- transcriptie van mRNA 

- eiwitsynthese van enzymen voor vertering lactose

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan uit

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan aan

structuurgenen bevatten de informatie voor eiwitten

Repressor/corepressor

Tryptofaan in eukaryoten

Repressors kunnen inactief worden gemaakt:

- Inductor bindt repressor waardoor operator vrijkomt

Of actief worden gemaakt:

- molecuul bindt aan corepressor

- repressor bindt aan operator

genexpressie is belangrijk voor specialisatie cellen

(= celdifferentiatie = elke cel zijn eigen vorm en functie)

Genregulatie eukaryoot  stamcellen

Alle +/- 220 celtypen in een volwassen mens zijn ontstaan uit stamcellen - cellen die nog niet (volledig) zijn gespecialiseerd.

Zaadcelmoedercellen, eicelmoedercellen, stamcellen en kankercellen kunnen zich onbeperkt blijven delen door het enzym telomerase, wat een telomeer weer langer kan maken.

Typen: Omnipotent/totipotent, pluripotent, multipotent --> zie afbeelding.

Telomerase

• Zaadcelmoedercellen, eicelmoedercellen, stamcellen en kankercellen blijven onbeperkt delen
• Telomerase maakt telomeer weer lang
• Gebruikt RNA-deel om DNA te vormen
• In meeste cellen onderdrukt

Genregulatie en celdifferentiatie in embryonale stamcellen

Regulatie van de genexpressie tijdens ontwikkeling van een fruitvlieg

regulatie embryonale ontwikkeling

Apoptose

= Geprogrammeerde celdood. 

Wanneer een cel ongewenst is, zullen enzymen de cel doden. Elke cel cel bevat deze enzymen, die hun werk doen zodra ze worden geactiveerd. 

Ongewenste cellen kunnen cellen zijn met een fout of in de embryonale ontwikkeling --> afbeelding.

Het cytoskelet wordt afgebroken en het DNA van de cel wordt in stukjes geknipt.

Voorbeelden apoptose

Genregulatie bij volwassen organismen

Ook bij volwassen eukaryoten is de genexpressie afhankelijk van het milieu van de cel en de functie van de cel.

Genregulatie bij eiwitsynthese

Alle stappen in de genexpressie kunnen worden gereguleerd, belangrijkste is het wel/niet laten plaatsvinden van RNA-transcriptie (transcriptional control in de afbeelding hiernaast).

Andere manieren van genregulatie bij volwassen organisme

Volgende typen genregulatie komen nu aan bod: 

- Activator 

- Repressor 

- Histonbinding 

- DNA-methylering 

- RNA-processing (splicing) 

- RNA-interferentie met miRNA

Activator / repressor

RNA-polymerase heeft de hulp nodig van transcriptiefactoren om de transcriptie te kunnen beginnen.

-Activators binden aan een specifieke DNA-sequentie genaamd enhancer.

-Repressors binden aan bepaalde sequenties in het DNA en blokkeren daardoor de

Histonbinding +

DNA-methylering

Bepaalde stoffen kunnen de histonen ertoe aanzetten om het DNA steviger of juist losser te binden: dat bepaalt de mate waarin het DNA is af te lezen.

Als het DNA op bepaalde plaatsen niet meer is af te lezen omdat er methylgroepen (meestal aan cytosine) zijn gebonden, noem je dat DNA-methylering. De volgorde van nucleotiden verandert niet, dit kan wel worden doorgegeven aan het nageslacht!

Epigenetica

De wetenschap van de epigenetica houdt zich bezig met het bestuderen van omkeerbare veranderingen in de activiteit van genen, die niet het gevolg zijn van veranderingen in de nucleotidevolgorde in het DNA.

Dus o.a. de histonbinding en DNA-methylering uit de vorige slide. Een voorbeeld hiervan is de hongerwinter: kinderen die geboren zijn uit moeders die de hongerwinter doormaakten, kunnen spaarzamer omgaan met de voedingsstoffen die zij binnenkrijgen.

Alternatieve splicing

Zoals al in Basisstof 3 genoemd, zijn er verschillende mogelijkheden voor splicing van een pre-mRNA-molecuul. Hierdoor kunnen verschillende mRNA-moleculen worden gevormd en kan één gen coderen voor verschillende eiwitten. 

De omgeving en functie van de cel bepaalt welk eiwit er wordt gemaakt.

RNA-interferentie 

(RNAi)

Ten slotte het laatste type genregulatie: RNA-interferentie of RNAi. Een kort type RNA: micro-RNA (miRNA) remt de expressie van genen door het afbreken of blokkeren van mRNA-moleculen zodat geen translatie kan plaatsvinden.

Leerdoelen

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij prokaryoten

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij eukaryoten

• Je kunt beschrijven wat het belang is van genexpressie voor zelfregulatie en zelforganisatie van een organisme

Aan de slag

maken opdracht 30 t/m 38